(57)【要約】  本発明は、より高精度に炭化珪素基板をエッチングすることができるエッチング方法に関する。炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ＳＦ６ガスを処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、基台にバイアス電位を与え、炭化珪素基板Ｋを等方的にエッチングする第１エッチング工程と、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ＳＦ６ガス及びＯ２ガスを処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、炭化珪素基板Ｋが載置される基台にバイアス電位を与え、酸化シリコン膜を保護膜として炭化珪素基板Ｋに形成しつつ炭化珪素基板Ｋをエッチングする第２エッチング工程とを交互に繰り返して実施する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、
前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板をエッチングする第１の工程と、
少なくとも、前記炭化珪素基板に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成する処理を含む第２の工程とを交互に繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、前記炭化珪素基板を等方的にエッチングし、
前記第２の工程では、前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記第２の工程では、酸素ガス又は窒素ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記基台に３００Ｗ以上の高周波電力を供給してバイアス電位を与えるようにしたことを特徴とする請求項２記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの１．２５倍以下とし、
前記第２の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の０．７５倍以上とするようにしたことを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記第２の工程では、シリコン系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記炭化珪素基板に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項６記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理ガスをプラズマ化して炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の分野では、従来から、シリコン基板（Ｓｉ基板）が基板材料として広く用いられているが、近年、このシリコン基板よりも物性の優れた炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）が着目されている。この炭化珪素基板は、シリコンに比べて結晶の格子定数が小さくバンドギャップが大きいという特徴や、結晶の格子定数が小さいために、即ち、原子間の結合が強いためにエッチング加工を行い難いという特徴を持っている。【０００３】
そして、従来、このような炭化珪素基板をエッチングする方法として、例えば、特開２００８−２９４２１０号公報に開示されたエッチング方法が提案されている。このエッチング方法は、所定形状のマスクパターンを備えた二酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）を炭化珪素基板の表面に形成するマスク形成工程と、炭化珪素基板を７０℃〜１００℃に加熱し、前記二酸化珪素膜をマスクとして、ＳＦ６ガス，Ｏ２ガス及びＡｒガスの混合ガスにより前記炭化珪素基板をプラズマエッチングする第１エッチング工程と、炭化珪素基板を７０℃〜１００℃に加熱し、前記二酸化珪素膜をマスクとして、Ａｒガス及びＯ２ガスの混合ガスにより前記炭化珪素基板をプラズマエッチングする第２エッチング工程とを順次実施するというものである。【０００４】
上記エッチング方法において、第１エッチング工程及び第２エッチング工程の２段階でエッチングしているのは、第１エッチング工程だけでは、図５（ｂ）に示すように、エッチングにより形成された穴Ｈや溝Ｈの底面の側壁側に溝（サブトレンチ）Ｈ’が更に形成され、精度良くエッチングすることができないからであり、したがって、第２エッチング工程を行うことにより底面を平坦にしている。【０００５】
一方、本願出願人は、１段階のエッチング工程のみでエッチング可能なエッチング方法として、炭化珪素基板を２００℃〜４００℃に加熱し、ＳＦ６ガスによって、或いはＳＦ６ガス及びＯ２ガスを含む混合ガスによって前記炭化珪素基板をプラズマエッチングする方法を提案している（特願２００９−２４６０９６号）。【０００６】
このエッチング方法において、炭化珪素基板を２００℃〜４００℃に加熱しているのは、主に次の２つの理由からである。即ち、１つ目の理由としては、炭化珪素基板を構成する原子は、その結合が切れてからでないと、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと反応し難いが、当該炭化珪素基板の温度が高いほど、原子間の結合が切れ易く、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと反応し易いからである。つまり、シリコン基板の場合は、シリコンの原子間距離が約０．２５ｎｍで結合エネルギーが約２ｅＶであるのに対し、炭化珪素基板の場合は、炭化珪素の原子間距離が約０．１８９ｎｍで結合エネルギーが約４．５ｅＶであり、シリコンに比べ、原子間距離が短く、結合エネルギーが高いため、エッチングするには大きなエネルギーを加えなければならず、したがって、シリコン基板と同じ様にはエッチングすることができないのである。【０００７】
また、２つ目の理由としては、炭化珪素基板Ｋの加熱温度が低いと、図５（ｂ）に示すように、エッチングにより形成された穴Ｈや溝Ｈの底面の側壁側に溝Ｈ’が更に形成され易く、炭化珪素基板Ｋの加熱温度が高いと、図５（ａ）に示すように、エッチングが等方的に進んで穴Ｈや溝Ｈの側壁がエッチングされ易い（ボウイング形状が形成され易い）からである。【０００８】
したがって、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃〜４００℃とすれば、原子間の結合が強い炭化珪素基板であっても、エッチングを効率的に進めることができるし、また、エッチングの際に、穴Ｈや溝Ｈの底面に溝Ｈ’が全く形成されないか、形成されたとしても非常に小さなものとすることができ、穴Ｈや溝Ｈの側壁についても、全くエッチングされないか、エッチングされたとしてもごく僅かなものとすることができる。【０００９】
尚、溝Ｈ’が形成されると好ましくない理由としては、エッチングによって形成された穴Ｈや溝Ｈ’の内部には絶縁膜や電極が埋め込まれるのであるが、溝Ｈ’が形成されていると、溝Ｈ’部分に電界集中や応力が生じ易く、素子の信頼性が低下して製品不良を招くからである。一方、側壁がエッチングされると好ましくない理由は、穴Ｈや溝Ｈ’の内部に絶縁膜や電極を埋め込む際に巣が発生して側壁の膜厚が不均一になり易く、漏電の原因となるなど製品不良を招くからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２９４２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、炭化珪素基板Ｋを２００℃〜４００℃に加熱してエッチングした場合であっても、ＳＦ６ガス及びＯ２ガスを含む混合ガス中のＯ２ガスの割合によっては、穴Ｈや溝Ｈの底面に形成される溝Ｈ’が大きくなったり、穴Ｈや溝Ｈの側壁のエッチングが大きくなったりすることがあった。【００１２】
図４は、エッチング用の処理チャンバ内に供給するＳＦ６ガスの流量を４０ｓｃｃｍで一定とし、前記処理チャンバ内に供給するＯ２ガスの流量をそれぞれ０（供給なし），１０，４０，６０，１００及び２００ｓｃｃｍとして、炭化珪素基板Ｋをエッチングしたときの、側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄを纏めたものである。尚、その他のエッチング条件としては、前記ＳＦ６ガス及びＯ２ガスに加えてＡｒガスを前記処理チャンバ内に５０ｓｃｃｍ供給し、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃〜４００℃と、プラズマ生成用のコイルに供給する高周波電力を２５００Ｗと、炭化珪素基板Ｋが載置される基台に供給する高周波電力を７００Ｗと、前記処理チャンバ内の圧力を３Ｐａとした。また、前記側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄは図５に示す寸法のことであり、上記図４では、穴Ｈや溝Ｈの深さ１μｍ当たりの数値に換算している。したがって、図４の側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄに実際の穴Ｈや溝Ｈの深さを掛けた値が実際の側壁エッチング量ｂ及び溝Ｈ’の深さｄとなる。【００１３】
同図４から分かるように、Ｏ２ガスを供給しない（０ｓｃｃｍのとき）か、供給流量が小流量（１０ｓｃｃｍ）のときには、溝Ｈ’は形成されていないものの、側壁がエッチングされ、エッチング形状は図５（ａ）のようになった。一方、Ｏ２ガスの供給流量が大流量（６０，１００，２００ｓｃｃｍ）のときには、側壁はエッチングされていないものの、溝Ｈ’が形成され、エッチング形状は図５（ｂ）のようになった。また、Ｏ２ガスの供給流量が中流量（４０ｓｃｃｍ）のときには、小流量のときよりも少ないながら側壁がエッチングされ、大流量のときよりも小さいながら溝Ｈ’が形成されており、エッチング形状は図５（ｃ）のようになった。尚、図５において符号Ｍはマスクを、符号Ｈは穴や溝を示している。【００１４】
ここで、Ｏ２ガスの供給流量が大流量のときに、エッチング形状が図５（ｂ）のようになるのは、次の理由によるものと考えられる。即ち、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物（例えば、ＳｉＦ４）を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスから生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ２）が生成されるが、Ｏ２ガスの供給流量が多いと、この酸化シリコンにより十分な保護膜が形成されて穴Ｈや溝Ｈの側壁が保護され、また、その一方で酸化シリコンは穴Ｈや溝Ｈの底面にも堆積（付着）し、そのエッチングはイオン入射によって進行するため、イオン入射が集中する穴Ｈや溝Ｈの側壁近傍のエッチング速度が速く、これによって、溝Ｈ’が形成されるからである。他方、Ｏ２ガスを供給しないか、供給流量が小流量のときに、エッチング形状が図５（ａ）のようになるのは、十分な保護膜が形成されないため、エッチングが等方的に進むからである。【００１５】
このように、炭化珪素基板Ｋを２００℃〜４００℃に加熱しても、混合ガスに含まれるＯ２ガスの割合によっては、溝Ｈ’が大きくなったり、側壁のエッチングが大きくなったりすることがあり、一定の形状精度を満たすエッチング形状を得ることができない場合があった。【００１６】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、より高精度に炭化珪素基板をエッチングすることができるエッチング方法の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明は、
処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、
前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板をエッチングする第１の工程と、
少なくとも、前記炭化珪素基板に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成する処理を含む第２の工程とを交互に繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法に係る。【００１８】
このエッチング方法によれば、炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、基台にバイアス電位を与える第１の工程と、少なくとも、前記炭化珪素基板に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成する処理を含む第２の工程とを繰り返し行う。【００１９】
前記第１の工程では、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。【００２０】
前記第２の工程では、炭化珪素基板のエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、酸素又は窒素のラジカルやイオンが反応して酸化シリコン又は窒化シリコン（例えば、ＳｉＮｘ）が生成され、この酸化シリコン又は窒化シリコンによって穴や溝の表面に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜が形成される。イオン入射が多い穴や溝の底面では保護膜が除去されてエッチングされるものの、イオン入射が少ない穴や溝の側壁では保護膜によってエッチングが防止される。【００２１】
そして、このような第１の工程と第２の工程とが繰り返されると、第２の工程で前記炭化珪素基板に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜が形成されるため、側壁のエッチングを抑えつつ、且つ穴や溝の側壁側に更に溝が形成されるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングすることができる。これにより、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止することができる。【００２２】
また、上記目的を達成するための本発明は、
前記第１の工程では、前記炭化珪素基板を等方的にエッチングし、
前記第２の工程では、前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法に係る。【００２３】
このエッチング方法によれば、前記第１の工程における、前記炭化珪素基板を等方的にエッチングする処理と、前記第２の工程における、炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスをプラズマ化し、基台にバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングする処理とが繰り返し行われる。【００２４】
前記第１の工程では、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。このようにして、炭化珪素基板は等方的にエッチングされる。【００２５】
また、前記第２の工程では、フッ素系ガスや酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。また、炭化珪素基板のエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン又は窒化シリコン（例えば、ＳｉＮｘ）が生成され、この酸化シリコン又は窒化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。イオン入射が多い穴や溝の底面では保護膜が除去されてエッチングされるものの、イオン入射が少ない穴や溝の側壁では保護膜によってエッチングが防止される。【００２６】
そして、このような第１の工程と第２の工程とが繰り返されると、第１の工程では穴や溝の底面中央部のエッチングも進んで当該底面の側壁側に更に溝が形成されるのが防止され、第２の工程では穴や溝の側壁のエッチングが防止されるため、側壁のエッチングを抑えつつ、且つ穴や溝の側壁側に更に溝が形成されるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングすることができる。これにより、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止することができる。【００２７】
斯くして、本発明に係るエッチング方法によれば、炭化珪素基板を等方的にエッチングする第１の工程と、保護膜を形成して穴や溝の側壁を保護しながら炭化珪素基板をエッチングする第２の工程とを交互に繰り返し、側壁のエッチングを抑えつつ、且つ穴や溝の側壁側に更に溝が形成されるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングを進めることができるので、更に高精度に炭化珪素基板をエッチングすることができる。【００２８】
尚、前記第２の工程では、酸素ガス又は窒素ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記基台に３００Ｗ以上の高周波電力を供給してバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングするようにしても良い。【００２９】
この場合、第２の工程では、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、炭化珪素基板のエッチングにより生じたシリコン原子と、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン又は窒化シリコンが生成され、この酸化シリコン又は窒化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。ここで、基台に３００Ｗ以上の高周波電力を供給しているのは、３００Ｗ以上の高周波電力を供給してこれに対応したバイアス電位を与えなければ、炭化珪素基板に入射するイオンが少なく、一定レベル以上の保護膜を形成するのに必要なシリコン原子を生じさせることができないからである。【００３０】
また、前記第２の工程では、シリコン系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記炭化珪素基板に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成するようにしても良い。【００３１】
この場合、前記第１の工程では、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。【００３２】
一方、前記第２の工程では、シリコン系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと、酸素ガス又は窒素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコン又は窒化シリコンが生成され、この酸化シリコン又は窒化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。【００３３】
そして、このような第１の工程と第２の工程とが繰り返されると、第１の工程では保護膜の除去及びエッチングが行われ、第２の工程では穴や溝の側壁及び底面に保護膜が形成されるため、穴や溝の側壁のエッチングが防止されつつ穴や溝の深さ方向にエッチングが進む。このため、上記と同様、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止することができる。【００３４】
また、第１の工程と第２の工程とを繰り返す際の当該第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしても良い。このようにすれば、炭化珪素基板のエッチングにより生じた炭素原子と、酸素ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとを反応させ、当該炭素原子を酸化物にして除去することができ、炭素を含む化合物が穴や溝に堆積して残渣が発生するのを防止することができる。【００３５】
また、前記第１の工程でも前記第２の工程でもフッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを用いる場合、前記第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの１．２５倍以下とし、前記第２の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の０．７５倍以上とすると良い。【００３６】
上述のように、酸素ガスの供給流量が多いときには、保護膜によって側壁のエッチングが防止されるものの、穴や溝の底面の側壁側に更に溝が形成され易く、一方、酸素ガスの供給流量が少ないときには、保護膜があまり形成されないためにエッチングが等方的に進み易い（図４及び図５参照）。【００３７】
そこで、各エッチング工程における酸素ガスの供給流量を上記のようにすれば、第１の工程ではサブトレンチが形成された穴や溝の底面中央部をエッチングして底面を平坦又はラウンド形状（底面中央部の方が側壁側よりも深い形状）にし、ボウイング形状やサブトレンチの形成を防止しながら穴や溝の深さ方向にエッチングを進め、第２の工程では穴や溝の側壁のエッチングを防止することができる。
前記第１の工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の１倍以下、前記第２の工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の１倍以上、とすればより好ましく、前記第１の工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の０．２５倍以下、前記第２の工程における酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の１．５倍以上、とすれば更に好ましい。
また、第２の工程では第１の工程よりも酸素ガスの供給流量を多くすることが好ましいが、酸素ガスの供給流量がフッ素系ガスの供給流量の０．７５倍〜１．２５倍の間は、図５（ｃ）のように、僅かながらも側壁がエッチングされ、僅かながらも溝Ｈ’が形成されるエッチング形状となる流量であるため、第１の工程及び第２の工程のどちらにも適用することが可能である。【００３８】
尚、前記フッ素系ガスとしては、例えば、ＳＦ６ガスを挙げることができ、前記シリコン系ガスとしては、例えば、ＳｉＦ４ガスを挙げることができる。この他、炭化珪素基板を加熱するに当たっては、処理ガスのプラズマ化により生じたイオンの入射によって加熱しても、ヒータにより加熱しても、イオン入射及びヒータの両方で加熱しても良く、温度が上昇し過ぎるような場合には、炭化珪素基板の冷却を組み合わせても良い。
【発明の効果】
【００３９】
以上のように、本発明に係るエッチング方法によれば、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止して、より高精度なエッチング形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概略構成を示した断面図である。
【図２】本実施形態における、ＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスの供給流量の制御状態を示したタイミングチャートである。
【図３】本実施形態のエッチングによって得られるエッチング形状を示した断面図である。
【図４】ＳＦ６ガス及びＯ２ガスの供給流量と側壁エッチング量及びサブトレンチ深さとの関係を示した図である。
【図５】ＳＦ６ガス及びＯ２ガスの供給流量とエッチング形状との関係を示した断面図である。
【図６】ＳｉＣエッチング時に生じるＳｉとＯ２とを反応させたときのエッチング構造を示す模式図である。
【図７】ＳｉＣエッチング時にＳｉＣｌ４ガスを外部から供給してＳｉとＯ２とを反応させたときのエッチング構造を示す模式図である。
【図８】トレンチ天井部の表面に厚いＳｉＯ２膜が形成された状態でエッチングを進めたときのエッチング構造を示す模式図である。
【図９】ＳｉＣエッチング時に生じるＳｉと外部から供給したＳｉＣｌ４ガスとによって、ＳｉＯ２を生成させたときのエッチング構造を示す模式図である。
【図１０】図６から図９の実施例における処理条件をまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、本実施形態では、例えば、４Ｈ−ＳｉＣの結晶構造を持つ炭化珪素基板をエッチングするものとし、また、その表面には、例えば、二酸化珪素膜からなるエッチングマスクが形成されているものとする。
【００４２】
まず、図１を基に、本発明の一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置１について説明する。図１に示すように、このエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、炭化珪素基板Ｋが載置される基台１５と、基台１５を昇降させる昇降シリンダ１８と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置２０と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置２５と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１５に高周波電力を供給する高周波電源３５とを備える。
【００４３】
前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下チャンバ１２及び上チャンバ１３から構成され、上チャンバ１３は、下チャンバ１２よりも小さく形成される。前記基台１５は、炭化珪素基板Ｋが載置される上部材１６と、昇降シリンダ１８が接続される下部材１７とから構成され、下チャンバ１２内に配置されている。
【００４４】
前記排気装置２０は、下チャンバ１２の側面に接続した排気管２１を備え、排気管２１を介して処理チャンバ１１内の気体を排気し、処理チャンバ１１の内部を所定圧力にする。
【００４５】
前記ガス供給装置２５は、フッ素系ガスとして、ＳＦ６ガスを供給するガス供給部２６と、キャリアガスとして、Ａｒガスを供給するガス供給部２７と、Ｏ２ガスを供給するガス供給部２８と、一端が上チャンバ１３の上面に接続し、他端が分岐して各ガス供給部２６，２７，２８にそれぞれ接続した供給管２９とを備えており、各ガス供給部２６，２７，２８から供給管２９を介して処理チャンバ１１内にＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを前記処理ガスとして供給する。
【００４６】
前記プラズマ生成装置３０は、上チャンバ１３の外周部に上下に並設される、複数の環状をしたコイル３１と、各コイル３１に高周波電力を供給する高周波電源３２とから構成され、高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を供給することで、上チャンバ１３内に供給された処理ガスをプラズマ化する。
【００４７】
前記高周波電源３５は、基台１５に高周波電力を供給することで、基台１５とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせ、処理ガスのプラズマ化により生じたイオンを炭化珪素基板Ｋに入射させる。
【００４８】
次に、以上のように構成されたエッチング装置１を用いて炭化珪素基板Ｋをエッチングする方法について説明する。
【００４９】
まず、炭化珪素基板Ｋを処理チャンバ１１内に搬入して基台１５上に載置する。この後、図２に示すように、処理チャンバ１１内に供給するＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスの供給流量などを制御することにより、等方的にエッチングする第１エッチング工程（第１の工程）Ｅ１と、保護膜を形成しつつエッチングする第２エッチング工程（第２の工程）Ｅ２とを交互に繰り返して実施する。尚、図２に示すように、ＳＦ６ガス及びＡｒガスの供給流量は工程Ｅ１，Ｅ２に関係なく、一定であり、Ｏ２ガスの供給流量を工程Ｅ１，Ｅ２に応じて変化させている。
【００５０】
前記第１エッチング工程Ｅ１では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ガス供給部２６，２７，２８からＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。
【００５１】
尚、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ４としては、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１．２５倍以下であり、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１倍以下とすればより好ましく、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の０．２５倍以下とすれば更に好ましい。これは、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ４が少ないと、図４及び図５に示したように、保護膜をあまり形成させずにエッチングを等方的に進めることができるからである。すなわち、この工程Ｅ１では、等方的エッチングを進めるようにＯ２ガスの供給流量を少なくすることが好ましく、Ｏ２ガスを全く供給しないようにしても良い。
【００５２】
そして、この第１エッチング工程Ｅ１では、ＳＦ６ガスやＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板Ｋを構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされる。また、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。Ｏ２ガスを供給することで、保護膜が形成されるものの、Ｏ２ガスの供給流量が少ないために十分な保護膜が形成されず、このため、炭化珪素基板Ｋは等方的にエッチングされる。尚、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンの一部は、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じた炭素原子と反応し、当該炭素原子が酸化物となって除去される。
【００５３】
一方、前記第２エッチング工程Ｅ２では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ガス供給部２６，２７，２８からＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。
【００５４】
尚、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ３としては、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の０．７５倍以上であり、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１倍以上とすればより好ましく、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１の１．５倍以上とすれば更に好ましい。これは、Ｏ２ガスの供給流量Ｖ３が多いと、図４及び図５に示したように、穴Ｈや溝Ｈの底面の側壁側に更に溝Ｈ’が形成され易いものの、保護膜によって側壁のエッチングを防止することができるからである。
【００５５】
そして、この第２エッチング工程Ｅ２では、ＳＦ６ガスやＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板Ｋを構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされる。また、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。イオン入射が多い穴や溝の底面では保護膜が除去されてエッチングされるものの、イオン入射が少ない穴や溝の側壁では保護膜によってエッチングが防止される。このようにして、炭化珪素基板Ｋは、穴や溝の側壁が保護膜によって保護されつつエッチングされる。尚、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンの一部は、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じた炭素原子と反応し、当該炭素原子が酸化物となって除去される。
【００５６】
このような第１エッチング工程Ｅ１と第２エッチング工程Ｅ２とを交互に繰り返すと、第１エッチング工程Ｅ１ではサブトレンチが形成された穴や溝の底面中央部をエッチングして底面を平坦又はラウンド形状（底面中央部の方が側壁側よりも深い形状）にし、第２エッチング工程Ｅ２では穴や溝の側壁のエッチングを防止し、ボウイング形状やサブトレンチの形成を防止しながら穴や溝の深さ方向にエッチングを進めることができる。
【００５７】
そして、このようにして形成されたエッチング形状を図３に示す。同図３に示すように、側壁がほんの僅かにエッチングされた円弧状の形状が深さ方向に繰り返し形成された側壁面を有する形状となる。このように、側壁が若干エッチングされるものの、単一工程でエッチングする場合に比べて側壁のエッチング量は非常に僅かであり、また、サブトレンチも形成されていない。尚、図３において符号Ｍはマスクを示している。
【００５８】
このようにして炭化珪素基板Ｋをエッチングし、所定深さの穴や溝が形成されると、上記一連の工程を終了して、炭化珪素基板Ｋを処理チャンバ１１内から搬出する。
【００５９】
尚、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱しているが、エッチングマスクである二酸化珪素膜は、レジストと比べて耐熱性が高いため、軟化してマスクパターンの形状精度が低下することはない。また、前記保護膜として酸化シリコン膜を形成しているので、シリコン基板の異方性エッチングでよく用いられるポリマー膜（ポリマー膜はファンデルワールス力で結合しているため、結合が非常に弱く、１００℃程度の温度で分解してしまう）のように熱分解によって保護膜が形成されないということもない。加熱温度の上限値としては、エッチング装置１の構造上の問題などから、例えば、５００℃である。
【００６０】
また、上述のように、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱しているので、原子間の結合が強い炭化珪素基板Ｋであっても、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと、炭化珪素基板Ｋを構成する原子とが反応し易くなってエッチングは効率的に進む。
【００６１】
斯くして、本例のエッチング方法によれば、炭化珪素基板Ｋを等方的にエッチングする第１エッチング工程Ｅ１と、保護膜を形成して穴や溝の側壁を保護しながら炭化珪素基板Ｋをエッチングする第２エッチング工程Ｅ２とを交互に繰り返し、側壁のエッチングを抑えつつ、且つ穴や溝の側壁側に更に溝が形成されるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングを進めることができるので、更に高精度に炭化珪素基板Ｋをエッチングすることができる。
【００６２】
また、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２では、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンの一部と、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じた炭素原子とが反応し、炭素原子が酸化物となって除去されるので、炭素を含む化合物が穴や溝に堆積して残渣が発生するのを防止することができる。
【００６３】
因みに、本例のエッチング方法を適用して、炭化珪素基板Ｋをエッチングしたところ、図３に示すようなエッチング形状となり、ボウイング形状やサブトレンチの形成を抑えて非常に高精度なエッチング形状が得られた。具体的には、従来のエッチング方法では、サブトレンチの無い状態で、側壁エッチング量ｂを５０ｎｍ以下に抑えることができなかったが、本例では、スキャロップ状ではあるものの、側壁エッチング量ｂ（図３参照）を３０ｎｍ以下に抑えることができた。尚、前記第２エッチング工程Ｅ２の処理条件は、処理時間を１０秒と、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１，Ａｒガスの供給流量Ｖ２及びＯ２ガスの供給流量Ｖ３をそれぞれ１０，６０及び５００ｓｃｃｍ（図２参照）と、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する高周波電力を７００Ｗと、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃以上とし、前記第１エッチング工程Ｅ１の処理条件は、処理時間を２秒と、ＳＦ６ガスの供給流量Ｖ１，Ａｒガスの供給流量Ｖ２及びＯ２ガスの供給流量Ｖ４をそれぞれ１０，６０及び０ｓｃｃｍ（図２参照）と、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する高周波電力を７００Ｗと、炭化珪素基板Ｋの加熱温度を２００℃以上とした。前記第２エッチング工程Ｅ２の処理時間（１０秒）及び第１エッチング工程Ｅ１の処理時間（２秒）は、１つの実施例に過ぎず、例えば、第２エッチング工程Ｅ２の処理時間及び第１エッチング工程Ｅ１の処理時間をそれぞれ１０秒及び２秒よりも短くすることで、側壁エッチング量ｂを上述の３０ｎｍ以下よりも更に小さくすることも可能である。
【００６４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００６５】
前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２を実施する際には、加熱される炭化珪素基板Ｋの温度が一定となっていることが好ましいため、各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２を繰り返し行う前に炭化珪素基板Ｋを予め加熱し、所定温度まで昇温させておいても良い。このときの昇温方法は、特に限定されるものではないが、例えば、不活性ガスを処理チャンバ１１内に供給してプラズマ化するとともに、基台１５にバイアス電位を与え、不活性ガスのプラズマ化により生じたイオンを炭化珪素基板Ｋに入射させて当該炭化珪素基板Ｋを加熱すると良い。また、各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２の実施時の加熱についても、ＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンを炭化珪素基板Ｋに入射させることによって加熱すると良い。
【００６６】
また、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２でＳＦ６ガスの供給流量を変化させるようにしても良い。更に、上例では、前記第２エッチング工程Ｅ２でＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内に供給するようにしたが、ＳＦ６ガスを供給せずに、少なくともＯ２ガスを供給し、高周波電源３５によって基台１５に３００Ｗ以上の高周波電力を供給するようにしても良い。
【００６７】
このようにしても、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成されるので、穴や溝の側壁を保護膜によって保護しつつ炭化珪素基板Ｋをエッチングすることができる。但し、基台１５に３００Ｗ以上の高周波電力を供給しなければ、炭化珪素基板Ｋに入射するイオンが少ないため、一定レベル以上の保護膜を形成するのに必要なシリコン原子を生じさせることができない。
【００６８】
また、前記各エッチング工程Ｅ１，Ｅ２に代えて、エッチング工程（第１の工程）と保護膜形成工程（第２の工程）とを交互に繰り返すようにしても良い。この場合、前記エッチング工程では、炭化珪素基板Ｋを２００℃以上に加熱し、ガス供給部２６，２７，２８からＳＦ６ガス，Ａｒガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。そして、このエッチング工程では、ＳＦ６ガスやＯ２ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板Ｋに入射，衝突することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされるとともに、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板Ｋを構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板Ｋがエッチングされる。また、炭化珪素基板Ｋのエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。
【００６９】
一方、前記保護膜形成工程では、図示しないガス供給部から、シリコン系ガスとして、例えば、ＳｉＦ４ガス、ＳｉＣｌ４ガスを供給するとともに、ガス供給部２８からＯ２ガスを処理チャンバ１１内に供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。そして、この保護膜形成工程では、ＳｉＦ４ガス、ＳｉＣｌ４ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンと、Ｏ２ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンとが反応して酸化シリコンが生成され、この酸化シリコンによって穴や溝の表面に保護膜が形成される。
【００７０】
そして、このようなエッチング工程（第１の工程）と保護膜形成工程（第２の工程）とが繰り返されると、エッチング工程では保護膜の除去及びエッチングが行われ、保護膜形成工程では穴や溝の側壁及び底面に保護膜が形成されるため、穴や溝の側壁のエッチングが防止されつつ穴や溝の深さ方向にエッチングが進む。このため、上記と同様、ボウイング形状やサブトレンチが形成されるのを防止することができる。
【００７１】
続いて、本願発明者らは、上記シリコン系ガスとしてＳｉＣｌ４ガスを外部から供給することによって、対ＳｉＯ２マスク選択比を飛躍的に改善できることを見出したので、これについて詳述する。ここで、マスク選択比とは、基板のエッチング速度をマスクのエッチング速度で割った値であり、以下でいう対ＳｉＯ２マスク選択比とは、ＳｉＣ基板のエッチング速度を、ＳｉＯ２マスクのエッチング速度で割った値である。
【００７２】
前述のとおり、前記第２の工程では、シリコン系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、炭化珪素基板に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成してもよく、以下の例は、シリコン系ガスとしてＳｉＣｌ４ガスを供給することにより、炭化珪素基板に酸化シリコン膜を保護膜として形成する構成に該当する。
【００７３】
ＳｉＯ２保護膜は、ＳｉＣエッチング時に自然に生じるＳｉと、Ｏ２とを反応させる（Ｓｉ＋Ｏ２→ＳｉＯ２）ことによっても得られるが、この方法ではエッチングにより発生するＳｉに限りがあるので、厚い保護膜を形成することは難しい。そこで、本例では、ＳｉＣｌ４ガスを外部から供給することにより（ＳｉＣｌ４＋Ｏ２→ＳｉＯ２＋２Ｃｌ2）、直接的かつ豊富に、保護膜としてのＳｉＯ２を形成することにより、対ＳｉＯ２マスク選択比を改善する。
【００７４】
前述のように、比較的低温によるエッチングが可能なシリコン基板の異方性エッチングなどでは、穴や溝の側壁を保護する保護膜としてポリマーを利用することができ、具体的には、エッチング用のガスとともに、ＣＦ系のガス（例えばＣ４Ｆ８）を導入することでポリマー保護膜による側壁保護が可能となる。
【００７５】
しかし、ＳｉＣをサブトレンチが生じないように高速でエッチングするためには、２００℃以上の高温でエッチングする必要がある。その点、ポリマー膜はファンデルワールス力で結合しているため、結合が非常に弱く、そのような高温では、例えばＣＦ系のポリマーは分解し、堆積することができない。
【００７６】
本例では、ＳｉＯ２によって側壁を保護する保護膜を形成するので、ＳｉＣをサブトレンチが生じないように高速でエッチングすることが可能であり、さらには、上述のように、ＳｉＣｌ４ガスを外部から供給することにより直接的かつ豊富に保護膜としてのＳｉＯ２を生成するので、エッチング用のガス量とは独立して、側壁保護膜の形成膜量を調整できるという利点がある。
【００７７】
対比のために、ＳｉＣエッチング時に自然に生じるＳｉと、Ｏ２とを反応させる（Ｓｉ＋Ｏ２→ＳｉＯ２）ことによって側壁保護膜を形成したときの様子を説明する。
保護膜形成時の処理条件として、保護膜形成時間を１０秒間、ＳＦ６ガスの供給流量を１０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの供給流量を６０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの供給流量を６００ｓｃｃｍ、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗ、基台１５に供給する電力を７００Ｗ、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａとし、続くエッチング時の処理条件として、エッチング時間を２秒間、ＳＦ６ガスの供給流量を１０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの供給流量を６０ｓｃｃｍ、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗ、基台１５に供給する電力を７００Ｗ、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａに設定した。
【００７８】
この結果、得られたＳｉＣのエッチング深さは、１．０５μｍであった。これに対して、ＳｉＯ２マスクは初期膜厚が２．０μｍであり、エッチング後の残り膜厚は０．９４μｍとなった。つまり、ＳｉＯ２マスクのエッチング量は、２．０μｍ−０．９４μｍ＝１．０６μｍであり、ＳｉＣとＳｉＯ２マスクとは略同量エッチングされることがわかった。換言すれば、対ＳｉＯ２マスク選択比（１．０５／１．０６）は略１であった。
【００７９】
このように、ＳｉＣエッチング時に自然に生じるＳｉと、Ｏ２とを反応させることによって側壁保護膜を形成したのでは、対ＳｉＯ２マスク選択比の値が悪すぎるため（対ＳｉＯ２マスク選択比は略１）、図６に示されるように、ＳｉＣ基板Ｋをエッチングして穴Ｈを形成する際に、ＳｉＯ２マスクＭは、原型をとどめないほどにエッチングされてしまうことがわかる。
【００８０】
次に、本願発明者らは、予備実験として、穴Ｈを有するトレンチ形状のＳｉＣ基板Ｋに、外部からＳｉＣｌ４ガスを供給することにより（ＳｉＣｌ４＋Ｏ２→ＳｉＯ２＋２Ｃｌ2）、ＳｉＣ基板Ｋ上にどのように保護膜Ｓ（ＳｉＯ２）が堆積するかを調べた。
保護膜形成時の処理条件として、保護膜形成時間を３０秒間、ＳｉＣｌ４ガスの供給流量を５ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍ、コイル３１に供給する高周波電力を１５００Ｗ、基台１５に供給する電力を０Ｗ、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａに設定した。
【００８１】
この結果、トレンチ天井部の表面に堆積したＳｉＯ２膜の膜厚は０．１９μｍ、トレンチ側壁部の表面に堆積したＳｉＯ２膜の膜厚は測定限界以下、トレンチ底部の表面に堆積したＳｉＯ２膜の膜厚は０．０３μｍとなった。この様子を示した模式図が図７であり、トレンチ天井部の表面と比較すると、トレンチ底部の表面におけるＳｉＯ２膜の堆積膜厚は極めて薄いことがわかる。
【００８２】
上記のように、ＳｉＯ２膜を不均一の厚さに堆積させた状態でエッチング処理を施すとどのようなエッチング構造が得られるかを調べるために、次の処理条件で、保護膜形成処理からエッチング処理を連続して行った。
【００８３】
保護膜形成時の処理条件は、保護膜形成時間を５秒間、ＳｉＣｌ４ガスの供給流量を５ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍ、コイル３１に供給する高周波電力を１５００Ｗ、基台１５に供給する電力を０Ｗ、処理チャンバ１１内の圧力を３Ｐａに設定し、続くエッチング時の処理条件は、エッチング時間を１０秒間、ＳＦ６ガスの供給流量を１０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの供給流量を６０ｓｃｃｍ、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗ、基台１５に供給する電力を７００Ｗ、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａに設定した。
【００８４】
この結果を図８に模式的に示す。同図中、一点鎖線下側のＳｉＣ領域とは、ＳｉＣ基板Ｋが露出している領域のことであり、一点鎖線上側のＳｉＯ２領域とは、ＳｉＣ基板Ｋの表面に設けたＳｉＯ２マスクおよびその後堆積したＳｉＯ２膜が覆っている領域のことである。同図に示されるように、トレンチ天井部の表面に厚いＳｉＯ２膜が形成された傘状の部分はほとんどエッチングされずに残る一方、保護膜としてのＳｉＯ２膜があまり堆積していなかった側壁は抉られるような、歪な形状でエッチングされている様子がわかる。
【００８５】
このとき、ＳｉＣのエッチング深さは２．０４μｍであった。これに対して、ＳｉＯ２マスクは、初期膜厚が１．９５μｍ、エッチング後の残り膜厚が２．０４μｍ（エッチング後の膜厚は初期より厚くなった）であり、ＳｉＣとＳｉＯ２マスクとの選択比は無限大となった。
【００８６】
しかしながら、図８のようなエッチング構造では、側壁のエッチング形状が歪んでおり、形状精度が悪いため、内部に絶縁膜や電極を埋め込む際に巣が発生して側壁の膜厚が不均一になり易く、漏電の原因となるなど製品不良を招く。このため、マスク選択比が高いとしても実用的なエッチング構造とは言えない。
【００８７】
そこで、本願発明者らは、鋭意研究の結果、ＳＦ６ガスとＳｉＣｌ４ガスとを同時に供給することにより、ＳｉＣエッチング時に自然に生じるＳｉとＯ２との反応によるＳｉＯ２堆積と、ＳｉＣｌ４ガスの供給によるＳｉＯ２堆積とを並行して進め、マスク選択比の向上とエッチング構造の形状改善とを図ることに成功した。
【００８８】
具体的には、保護膜形成時の処理条件として、保護膜形成時間を３秒間、ＳＦ６ガスの供給流量を５ｓｃｃｍ、ＳｉＣｌ４ガスの供給流量を５ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの供給流量を６００ｓｃｃｍ、コイル３１に供給する高周波電力を１０００Ｗ、基台１５に供給する電力を７００Ｗ、処理チャンバ１１内の圧力を１．５Ｐａとし、続くエッチング時の処理条件として、エッチング時間を６秒間、ＳＦ６ガスの供給流量を１０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの供給流量を６０ｓｃｃｍ、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗ、基台１５に供給する電力を７００Ｗ、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａに設定した。
【００８９】
この結果を図９に模式的に示す。同図中、一点鎖線下側のＳｉＣ領域とは、ＳｉＣ基板Ｋが露出している領域のことであるのに対し、一点鎖線上側のＳｉＯ２領域とは、ＳｉＣ基板Ｋの表面をＳｉＯ２膜が覆っている領域のことである。同図に示されるように、ボウイング形状やサブトレンチのない良好な形状のエッチング構造が得られていることがわかる。このとき、ＳｉＣのエッチング深さは、１．０３μｍであったのに対し、マスクは初期膜厚が１．９５μｍ、エッチング後の残り膜厚は１．８９μｍであった。すなわち、マスクのエッチング量は１．９５μｍ−１．８９μｍ＝０．０６μｍであり、対ＳｉＯ２マスク選択比（１．０３／０．０６）は約１７．２であった。
【００９０】
このように、ＳＦ６ガスとＳｉＣｌ４ガスとを同時に供給することにより、ＳｉＣエッチング時に自然に生じるＳｉとＯ２との反応によるＳｉＯ２堆積と、ＳｉＣｌ４ガスの供給によるＳｉＯ２堆積とを並行して進め、マスク選択比の向上とエッチング構造の形状改善とを同時に実現することができる。図６から図９の実施例における処理条件を表にまとめたものが図１０である。
【００９１】
更に、上例では、Ｏ２ガスを処理チャンバ１１内に供給し、酸化シリコン膜を保護膜として形成するようにしたが、Ｏ２ガスに代えてＮ２ガスを処理チャンバ１１内に供給し、窒化シリコン（例えば、ＳｉＮｘ）膜を保護膜として形成するようにしても良い。
【００９２】
また、エッチング対象基板Ｋとして、４Ｈ−ＳｉＣの結晶構造を持つ炭化珪素基板を一例に挙げたが、エッチング対象基板Ｋは、４Ｈ−ＳｉＣ以外の結晶構造を持つ炭化珪素基板であっても良い。更に、上例では、前記エッチング装置１を用いて本発明に係るエッチング方法を実施したが、このエッチング方法の実施には、他の構造を備えたエッチング装置を用いても良い。
【００９３】
この他、上例で用いたフッ素系ガス（ＳＦ６ガス）に代えて、例えば、Ｃｌ２ガスやＢＣｌ３ガス、ＣＣｌ４ガス、ＳｉＣｌ４ガスなどの塩素系ガスを用いても上述した効果と同一の効果を得ることができるため、このような塩素系ガスを用い、上記と同様にして炭化珪素基板Ｋをエッチングするようにしても良い。
【符号の説明】
【００９４】
１    エッチング装置
１１  処理チャンバ
１５  基台
２０  排気装置
２５  ガス供給装置
２６，２７，２８  ガス供給部
３０  プラズマ生成装置
３１  コイル
３２，３５  高周波電源
Ｋ    炭化珪素基板
【図１】
2012008409.tif 000003
【図２】
2012008409.tif 000004
【図３】
2012008409.tif 000005
【図４】
2012008409.tif 000006
【図５】
2012008409.tif 000007
【図６】
2012008409.tif 000008
【図７】
2012008409.tif 000009
【図８】
2012008409.tif 000010
【図９】
2012008409.tif 000011
【図１０】
2012008409.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月20日(2011.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、
前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板をエッチングする第１の工程と、
少なくとも、前記炭化珪素基板に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成する処理を含む第２の工程とを交互に繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、前記炭化珪素基板を等方的にエッチングし、
前記第２の工程では、前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として前記炭化珪素基板に形成しつつ該炭化珪素基板をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記第２の工程では、酸素ガス又は窒素ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記基台に３００Ｗ以上の高周波電力を供給してバイアス電位を与えるようにしたことを特徴とする請求項２記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの１．２５倍以下とし、
前記第２の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、前記酸素ガスの供給流量をフッ素系ガスの供給流量の０．７５倍以上とするようにしたことを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記第２の工程では、シリコン系ガスと酸素ガス又は窒素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記炭化珪素基板に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記第１の工程では、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項６記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記シリコン系ガスは、ＳｉＣｌ４ガスであることを特徴とする請求項６記載のエッチング方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
スに含まれるＯ２ガスの割合によっては、溝Ｈ’が大きくなったり、側壁のエッチングが大きくなったりすることがあり、一定の形状精度を満たすエッチング形状を得ることができない場合があった。
［００１６］
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、より高精度に炭化珪素基板をエッチングすることができるエッチング方法の提供をその目的とする。
課題を解決するための手段
［００１７］
上記目的を達成するための本発明は、
処理チャンバ内の基台上に載置された炭化珪素基板をエッチングするエッチング方法であって、
前記炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスを前記処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記基台に高周波電力を供給してバイアス電位を与え、前記炭化珪素基板をエッチングする第１の工程と、
少なくとも、前記炭化珪素基板に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成する処理を含む第２の工程とを交互に繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法に係る。
［００１８］
このエッチング方法によれば、炭化珪素基板を２００℃以上に加熱し、フッ素系ガスを含む処理ガスをプラズマ化し、基台にバイアス電位を与える第１の工程と、少なくとも、前記炭化珪素基板に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を保護膜として形成する処理を含む第２の工程とを繰り返し行う。
［００１９］
前記第１の工程では、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたイオンがバイアス電位により炭化珪素基板に入射，衝突することで当該炭化珪素基板がエッチングされるとともに、フッ素系ガスのプラズマ化により生じたラジカルやイオンが、炭化珪素基板を構成するシリコン原子と反応することで当該炭化珪素基板がエッチングされる。
［００２０］
前記第２の工程では、炭化珪素基板のエッチングにより生じたシリコン原子やシリコン化合物を構成するシリコン原子と、酸素又は窒素のラジカルや
【国際調査報告】
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